作为中国经济强劲发展的重要标志,大型工程项目规划建设正蓬勃开展。目前,我国的工程规划科学论证机制缺失、工程建设投资失控、工程使用效率低下等问题严重,亟待在资源、环境、生态等条件约束下,创新其规划、建设和设计管理理念、方法和手段。经济、社会和工程系统日益网络化,常规和非常规突发事件多发,人们对关键基础设施工程系统的安全性和可靠性提出更高要求。复杂网络拓扑结构信息是构建复杂系统模型、研究复杂系统性质和功能的基础。系统辨识现代工程日趋大型化、复杂化和系统化的特征,理解大型复杂工程系统的行为和功能应从理解系统相互作用网络的拓扑结构开始。　　 本文创新性地将复杂工程系统的规划设计及其脆弱性等问题抽象为复杂工程网络拓扑结构的综合微观分析,以及脆弱性分析与安全保护问题。借鉴统计物理学、分子生物学等学科领域基于复杂网络研究的最新实验事实,以相应的前沿理论领域所获得的理念与成就为基础,综合运用复杂性科学、复杂网络等理论和方法,科学理解和深入探索复杂工程网络结构的定性特征与定量规律,以及脆弱性特征和保护策略。　　 第三章运用复杂性科学研究的综合微观分析方法,研究构建复杂工程网络综合微观分析范式,建立复杂工程网络结构表述的定性定量框架与若干细节概念、方法和工具。并以世界50座城市地铁网,以及中国国家高速公路网、中长期铁路网和国道网等关键基础设施工程系统为原型建立复杂网络模型,初步分析其全局特性,确立研究的逻辑基础；第四章,研究揭示、理解和刻画关键基础设施工程网络的局部结构——模体、子图特性,并定义和计算其组合机制；第五章基于自底向上的超家族分析方法,辨析关键基础设施工程网络的家族性质。研究揭示了关键基础设施工程网络结构的设计规则、构建机制和系综特征。　　 第六章系统设置常规和非常规突发事件干扰下的工程网络脆弱性仿真策略,仿真分析了真实关键基础设施工程网络结构的脆弱性；以中国国家高速公路网络为实例,研究建立了基于骨干网和社团网的工程网络结构安全保护策略,研究方法和成果可以有效拓展至其他关键基础设施工程网络。第七章总结了主要研究成果并讨论了进一步研究方向。